Naturalna klimatyzacja: wykorzystanie chłodzenia wyparnego w starożytnej architekturze arabskiej

Rozwiązania oferowane przez starożytną architekturę śródziemnomorską dają nam pewne wskazówki, jak rozwiązać kwestie chłodzenia powietrza, unikając jednocześnie energochłonnych roślin, aby zapewnić komfort w nowoczesnych budynkach.

Sztuczna klimatyzacja staje się coraz bardziej powszechna w nowoczesnej architekturze: może jednak mieć negatywny wpływ na zdrowie i wiąże się z wysokimi kosztami związanymi z wysokim zużyciem energii elektrycznej. Badania nad zrównoważonym rozwojem środowiska sugerują wykorzystanie mądrości naszych przodków, którzy znaleźli już proste, ekonomiczne i bezpieczne rozwiązania tego problemu.

Klimat Bliskiego Wschodu jest gorący i suchy, z dziennymi temperaturami zewnętrznymi w okresie letnim od 40°C do 55°C: w tych warunkach lokalne społeczności przyjęły w przeszłości określone strategie w celu poprawy warunków życia.

Przede wszystkim układ domów jest pierwszym wyborem, który pozwala wykorzystać obecność słońca i wiatru, aby budynki chroniły się nawzajem przed słońcem i umożliwiały lepszą wentylację.

Po drugie, najbardziej zaawansowane technologie naturalnego chłodzenia zostały opracowane w kulturze arabskiej i perskiej: malqaf, qa'a i bad-ghir to trzy przykłady starożytnych budynków wykorzystujących naturalną wentylację.

Malqaf to wieża służąca do przechwytywania powietrza, umieszczona wysoko na szczycie budynków, z koroną kolumny skierowaną w stronę dominujących wiatrów. W nocy ściany wieży pochłaniają ciepło z powietrza zawartego w wieży, a gęstsze, schłodzone powietrze spływa do wnętrza budynku; w ciągu dnia ściany służą do utrzymywania niższej temperatury (w obecności wiatru proces ten jest przyspieszany). Malqaf to ogromne budynki: Irańskie mogą mieć pięć-osiem metrów wysokości; egipskie charakteryzują się drewnianą pokrywą nachyloną pod kątem 30-45°; w Pakistanie są tysiące łapaczy wiatru, wszystkie ustawione i zorientowane w tym samym kierunku, ponieważ w tym regionie wiatr zawsze wieje z tego samego kierunku. Bardziej wyrafinowane wieże były budowane z podkładkami, które ludzie mogli ustawiać z budynku, w zależności od wiatru.

Innym interesującym budynkiem jest Qa'a, wywodzący się z tureckiej tradycji i wykorzystujący zasadę wyciągania powietrza. Wiatrołap jest wyrwą umieszczoną po zawietrznej, która pozwala na ucieczkę najgorętszego powietrza z wnętrza, dzięki dekompresji powstałej w otworze, co z kolei porusza strumienie powietrza. Zasada leżąca u podstaw Qu'a jest prosta: latem gorące powietrze z otoczenia ma tendencję do unoszenia się wysoko i wydostaje się przez otwory, umożliwiając napływ chłodniejszego powietrza; zimą otwory są zamykane szkłem, a efekt cieplarniany ogrzewa budynek.

Bad-ghir (dosłownie "łapacz wiatru") to kolejny system stosowany w Zatoce Perskiej. Podstawowym procesem jest wentylacja termiczna (konwekcja): konstrukcja jest wieżą z lekkimi ścianami (zwykle kwadratowymi) i podzieloną na wysokość lub więcej sektorów, kwadratowych lub trójkątnych. Niezależnie od miejsca, w którym znajduje się wieża, pory roku lub pory dnia, co najmniej dwa kolejne sektory będą znajdować się w cieniu, co spowoduje, że wewnątrz wieży będzie występował podwójny równoległy przepływ wywiewanego gorącego powietrza i napływającego chłodnego. Bad-ghir wykorzystuje również tę samą zasadę, co Malqaf - gorące powietrze idzie w górę, a zimne w dół. Jeśli wieża, jej wysokość i orientacja są dobrze zaprojektowane, możemy uzyskać od 6°C do 10°C chłodu.

Najskuteczniejszymi naturalnymi chłodnicami w tradycyjnej kulturze arabskiej są fontanny: ludy te były już świadome siły parowania w celu chłodzenia powietrza. Chłodzenie wyparne to proces, w którym efekt parowania cząsteczek wody z powietrza jest wykorzystywany jako naturalny zbiornik termiczny: ciepło jawne powietrza jest przekazywane cząsteczkom wody w postaci ciepła utajonego, aby umożliwić parowanie. Fontanna zbudowana w środkowo-dolnej części wiatrowskazu może zwiększyć efekt chłodzenia powietrza poprzez parowanie. W większości przypadków wewnątrz fontanny budowana jest marmurowa płyta zwana salsabil: nieregularna powierzchnia gwarantuje większy ruch cząsteczek wody. Innym sposobem kontrolowania mikroklimatu była mashrabìya, rzeźbiony drewniany ekran, stosowany na otworach fasad, którego funkcją było obniżenie temperatury powietrza i zwiększenie wilgotności, dzięki zastosowanemu materiałowi.

Słynnym przykładem jest budynek Muhib Al Din Ashafei w Kairze w Egipcie (1350 r. n.e.): malqaf, położony pod wiatr, łapie powietrze dominujących wiatrów, pozwalając mu spływać w dół budynku, gdzie znajduje się fontanna, która zwiększa wilgotność względną i obniża temperaturę powietrza. Strumień powietrza wydostaje się na zewnątrz dzięki efektowi komina, przez drewniane kratki umieszczone w clerestory, które są w bezpośrednim kontakcie z promieniami słonecznymi, a tym samym zwiększają pożądany efekt. Naturalne ogrzewanie klerestorium nie wpływa na mikroklimat, ponieważ znajduje się ono na szczycie dachu i bardzo daleko od przestrzeni mieszkalnej.

Innym interesującym przypadkiem wykorzystania parowania do chłodzenia temperatury jest Pałac Ziza w Palermo (IT), zbudowany w 1166 roku podczas dominacji normańskiej (po wiekach, kiedy Sycylia była zdominowana przez imperium muzułmańskie) przez króla Guglielmo II. Masywne mury służą jako bariera chroniąca wewnętrzną część pałacu przed nagrzewaniem słonecznym. Długi korytarz został zbudowany po zachodniej stronie pałacu, gdzie otwory na zewnątrz w tym obszarze są zredukowane do minimum, aby uniknąć nagrzewania pałacu przez słońce w okresie letnim. Ale najbardziej imponującym rozwiązaniem zastosowanym w tym pałacu jest ogromna fontanna przed budynkiem, która służyła nie tylko jako narzędzie dekoracyjne: powietrze omiatające wodę zapewniało świeżą bryzę płynącą aż do fasady, która została oznaczona prześwitami, aby umożliwić jej przepływ do wnętrza, docierając do pomieszczenia fontanny. Obecność wody zwiększała wilgotność względną powietrza, zanim jeszcze zaczęło ono przepływać do górnych części budynku. Chłodne strumienie powietrza wchodzące do budynku zajmowały miejsce tych najgorętszych, wydmuchiwanych z wysokich wież wentylacyjnych. Co więcej, centralny hol drugiego piętra budynku i przylegające do niego przestrzenie zostały otwarte na dachu, zapewniając cyrkulację powietrza dzięki efektowi kominowemu; małe prześwity po wschodniej i zachodniej stronie zapewniały wentylację poziomą, aby dodać do wspomnianego poniżej efektu kominowego.